Bischof Dietrich von Minden gründete auf seinem Besitz Wunstorf ein 871 durch König Ludwig bestätigtes Kanonissenstift, dem im 11. Jahrhundert ein Chorherrenstift angegliedert wurde.
Eine Brandkatastrophe, die 1010 das Stift zerstörte, führte zu einem Neubau der Kirche.
Diesem Neubau in der zweiten Hälfte des 12. Jahrhunderts verdanken wir die in ihren wesentlichen Teilen erhaltene kreuzförmige Gewölbebasilika mit rechteckigem Westturm. Trotz mancher tiefgreifender baulicher Veränderung in der nachfolgenden Zeit (14. Jahrhundert: Neueinwölbung von Langhaus und Chorraum mit Hauptapsis; 17. Jahrhundert: Erneuerung des Westbaues; 1853-1859: grundlegende Restauration mit Erneuerung des südlichen Seitenschiffes) zählt die Stiftskirche zu den bedeutendsten niedersächsischen Kirchenbauten der Spätromanik.
Der Innenraum fällt durch seine klare und kräftige Gliederung auf. Das Langhaus ist nach Art des sogenannten niedersächsischen Stützenwechsels unterteilt: auf einen Pfeiler folgen zwei Säulen. Die Kreuzform ergibt sich wirkungsvoll aus den tiefen Querschiffen mit den Nebenapsiden.
Grundriss der Kirche

Die enge Verwandtschaft vor allem mit der Sakralbaukunst Hildesheims läßt eine Entstehung der Wunstorfer Stiftskirche um 1170 annehmen.

Von hervorragender Qualität ist die Bauplastik des Innen- und Außenbaues. Besonders beachtenswert sind:

1.  das Tympanon (Türbogenfeld) des Westportals
2.  das Tympanon des südlichen Querhausportals
3.  das Tympanon der Tür vom Chor zur Sakristei
4.  der Rundbogenfries der Hauptapsis mit phantasievoll gestalteten Reliefplatten
5.  die Kapitelle der Langhausarkaden, deren mannigfaltigen Schmuckformen auf direkte Beziehungen zur bedeutenden Hildesheimer Kapitellplastik in St. Michael und St. Godehard  hinweisen
6.  das über dem Vierungsaltar hängende Kruzifix (14. Jhd., )
7. die Statuen der Kirchenpatrone St. Cosmas und St. Damian (um 1500, )
8.  der hölzerne Altarschrein mit Verkündigungsszene (Ende 15. Jhd., )
9. das spätgotische Sakramentshäuschen (Ende 15. Jhd., )
10.  die romanische Kreuzplatte um 1200
11.  die Grabplatte des Grafen Johann von Wunstorf (1334, )
12.  die Grabplatte des Grafen Johann von Wunstorf und seiner Ehefrau Walburgis (1358)
13.  das hölzerne Renaissance-Epitaph der Katharina von Holle (1568, )
14.  die frühbarocken Epitaphien von Stiftsgeistlichen und ihren Angehörigen (17. Jhd.)
15.  das Rokoko-Epitaph der Stiftsdechantin Sophie von Münchhausen (1751, ) aus der Werkstatt Johann Friedrich Ziesenis